氮化镓基低漏电流悬臂梁的rs触发器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明提出了氮化镓基低漏电流悬臂梁的RS触发器，属于微电子机械系统的技 术领域。
【背景技术】
[0002] 随着数字集成电路的不断发展，人们对数字集成电路的要求也越来越高，人们希 望器件的速度可以越来越快、功耗能够越来越低、成本也能越来越低，但是传统的MOS器件 因其诸多的局限性而不能满足人们的要求，而GaN金属一半导体场效应晶体管（MESFET)的 出现解决了人们的燃眉之急，这种MESFET器件以电子迀移率高、载流子漂移速度快、禁带 宽度大、抗辐射能力强、工作温度范围宽等诸多优点被广泛应用于各种数字集成电路中，其 中利用该GaN型MESFET开关而制作而成的RS触发器就深受人们喜爱。不过数字集成电路 的更新换代非常之快，在如今集成电路规模不断增大、尺寸不断缩小的趋势下，人们发现传 统RS触发器的功耗一直以来都是一个问题，尤其是随着电路的集成度不断提高，这种功耗 居高不下的问题一直困扰着人们。
[0003] 随着MEMS技术的深入发展，一种具有MEMS悬臂梁结构的MESFET开关可以有效的 解决栅极漏电流的问题，并可以降低整个RS触发器的功耗，因此本发明在半绝缘型GaN衬 底上设计了一种具有很小的栅极泄漏电流的悬臂梁的RS触发器。
【发明内容】
[0004]技术问题：本发明的目的是提供了一种氮化镓基低漏电流悬臂梁的RS触发器， 传统MESFET器件的栅极是由金属和沟道区域形成肖特基接触而构成的，由于控制信号直 接加载在栅极上，这就不可避免地会产生漏电流，从而导致了整个RS触发器的直流功耗偏 大，而本发明就极为有效的降低了RS触发器中的栅极漏电流，从而可以降低RS触发器的直 流功耗。
[0005]技术方案：本发明的氮化镓基低漏电流悬臂梁的RS触发器制作在半绝缘型GaN衬 底上，由四个N型MESFET开关和两个电阻R所构成，该N型MESFET开关包括源极、漏极、栅 极和沟道组成，其中两个N型MESFET开关串联连接组成第一与非门，另两个N型MESFET开 关串联连接组成第二与非门，其中第一与非门的输出端通过导线与第二与非门的一个输入 端相接，同样第二与非门的输出端也通过导线与第一与非门的一个输入端相连接，形成完 全对称的结构；RS触发器有两个外接信号输入端分别是第一输入端R和第二输入端S，以及 两个输出端分别是第一输出端Q和第二输出端5;N型MESFET开关具有悬浮的悬臂梁，该 悬臂梁的一端固定在锚区上，中间部分和另一端横跨在栅极上方，与栅极之间有一间隙，悬 臂梁由Au材料制作的，在悬臂梁下方还设有两个下拉电极，下拉电极是接地的，其上还覆 盖有氮化硅介质层，这种结构可以大大减小栅极泄漏电流，从而降低器件的功耗。
[0006]所述四个N型MESFET开关的阈值电压设计为相等，而悬臂梁的下拉电压设计为与N型MESFET的阈值电压相等；只有当悬臂梁与下拉电极之间的电压大于阈值电压时，悬浮 的悬臂梁才会下拉贴至栅极上使得N沟道MESFET导通，偏置信号由悬臂梁连接到栅极上， 否则N沟道MESFET就截止。
[0007]当R端和S端都为高电平时，与这两端相连的N型MESFET的悬臂梁7会下拉使其 导通，但两输入信号对输出Q和Q并没有影响，由Q和f所控制的N型MESFET还是处于原 来的状态，所以触发器状态保持不变；当R端为高电平、S端为低电平时，与R端相连的N型 MESFET导通、与S端相连的N型MESFET截止，因此泛为高电平，与Q端相连的N型MESFET导 通，于是Q输出低电平，此时触发器状态稳定为低电平；当R端为低电平、S端为高电平时， 与R端相连的N型MESFET截止、与S端相连的N型MESFET导通，因此Q为高电平，与Q端 相连的N型MESFET导通，于是f输出低电平，此时触发器状态稳定为高电平；当R端和S端 都为低电平时，与这两端相连的N型MESFET都截止，因此Q与立都是高电平，这时RS触发 器处于既非1又非0的不确定状态，因此若要使RS触发器正常工作，输入信号必须遵守R+S=1的约束条件，即不允许R=S= 0。
[0008] 有益效果：本发明的氮化镓基低漏电流悬臂梁的RS触发器具有悬浮的悬臂梁结 构，与栅极之间有一层空隙，因此可以极大的减小栅极漏电流，从而降低了整个RS触发器 的直流功耗，提高了系统的稳定性。
【附图说明】
[0009]图1为本发明的氮化镓基低漏电流悬臂梁的RS触发器的示意图，
[0010] 图2为本发明的氮化镓基低漏电流悬臂梁的RS触发器的内部原理图，
[0011] 图3为本发明的氮化镓基低漏电流悬臂梁的RS触发器的俯视图，
[0012] 图4为图3氮化镓基低漏电流悬臂梁的RS触发器的P-P'向的剖面图，
[0013] 图5为图3氮化镓基低漏电流悬臂梁的RS触发器的A-A'向的剖面图。
[0014]图中包括：N型MESFET开关1，半绝缘型GaN衬底2,引线3,栅极4,N型MESFET沟 道5,锚区6,悬臂梁7,下拉电极8,氮化硅介质层9,N型MESFET的源极10,N型MESFET的 漏极11，电阻R，第一与非门①，第二与非门②。
【具体实施方式】
[0015] 本发明的氮化镓基低漏电流悬臂梁的RS触发器是基于半绝缘型GaN衬底2制作 的，其中N型MESFET开关1由源极10、漏极11、锚区6、悬臂梁7、下拉电极8和氮化硅介质 层9所组成，它拥有独特的MEMS悬臂梁结构，该悬臂梁7是横跨在栅极4上方的，该悬臂梁 由Au材料制作，在悬臂梁下方有一个下拉电极8,该下拉电极8是接地的，下拉电极8上覆 盖有氮化硅介质层9,控制信号是附加在该悬臂梁7上的，而并不是直接加载在栅极上。
[0016] 本发明的氮化镓基低漏电流悬臂梁的RS触发器主要是由两个与非门构成的，其 中第一与非门①的输出端Q和第二与非门②的一个输入端相连，而第二与非门②的输出端 和第一与非门①的一个输入端相连，第一与非门①的另一个输入端为R端（清零端）， 而第二与非门②的另一个输入端为S端（置位端）。这两个与非门都是由两个相同的N型MESFET开关和一个上拉电阻R串联相接所构成的，并在N型MESFET与电阻之间取一点作为 输出端Q和f，所以整个RS触发器一共拥有四个N型MESFET开关。
[0017] 整个RS触发器是基于半绝缘型GaN衬底制作的，其中最为关键的就是四个N型 MESFET开关的结构，它们由源极、漏极、栅极和沟道组成，MESFET的源极和漏极由金和N型 重掺杂区形成的欧姆接触区构成，栅极是由金和沟道形成的肖特基接触区构成，更为重要 的是该N型MESFET拥有独特的MEMS悬臂梁结构，通过锚区横跨在栅极上，与栅极之间存在 一层空隙，控制信号是附加在该悬臂梁上的，而并不是如传统MESFET器件一样直接加载在 栅极上，该悬臂梁由Au材料制作，在悬臂梁下方有一个下拉电极，分布在锚区与栅极之间， 该下拉电极是接地的，下拉电极上覆盖有氮化硅介质层。
[0018] 从单个与非门来看，当两个N型MESFET的悬臂梁上都加载有高电平'1'时，由于 下拉电极接地，从而使得N型MESFET的悬浮悬臂梁被下拉电极吸附并贴至N型沟道上方的 栅极上，此时两个N型MESFET均导通，于是整个电路形成通路，由于电阻R的分压作用使得 输出端为低电平'〇' ；当其中一个N型MESFET的悬臂梁上加载高电平'1'、